Kvantová nanofotonika

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra laserové fyziky a fotoniky

Anotace:

Přednáška pojednává přehled o nanofotonických a nanoplazmonických strukturách, zejména sohledem na kvantové vlastnosti a jejich využití pro kvantové technologie. Vyjasňuje terminologii, klasifikaci, srovnává různé formy nanostruktury, zejména elektronové a fotonické struktury. Věnuje se jednak kvantově omezené nanostrukturám a jejich optických aplikacím (kvantová jáma, kvantový drát, kvantová tečka), jednak fotonickým a plazmonickým nanostrukturám (teorie povrchových plazmonů –polaritonů, fotonické krystaly, metamateriály), zejména zpohledu kvantových vlastností a možným aplikacím vkvantových technologiích. Přednášky jsou zakončeny referáty studentů na předem zvolená a vypracovaná aktuální tématazdané vědní oblasti.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Úvod, vymezení, vazby: kvantová fyzika pevné fáze, kvantová teorie interakce, kvantová optika, fotonika a plazmonika, laserové zdroje, kvantově omezené nanostruktury. 2.Klasifikace (nano)fotonických struktur: elektronické vs. fotonické struktury, klasické a kvantové struktury, přehled, porovnání, vlastnosti. Dielektrické, polovodičové, metalické struktury. Struktury přírodní (např. iridiscentní) a uměle vytvořené. 3.Kvantově omezené struktury: přehled, klasifikace, vlastnosti, kvantové jámy,kvantové drátya kvantové tečky.4.Nanofotonické struktury: přehled, klasifikace, vlastnosti. Periodické a izolované struktury, dimenzionalita. Vlnovodné, rezonanční, aktivní, nelineární struktury, fotonické krystaly. 5.Základní charakteristikyfotonických a plazmonických nanostruktur,materiálová disperze, kvantové vlastnosti. 6.Nanoplazmonické struktury -plazmonika, elektromagnetismus kovů, disperzní modely, šířivé a lokalizované platformy, metody excitace povrchových plazmonů. Elementární struktury, prostorová nelokalitaa kvantové aspekty. 7.Fotonické krystaly -charakteristika, fyzikální vlastnosti, pásová struktura, zakázaný fotonický pás, metody popisu, optické vlastnosti. Struktury s pomalým světlem.8.Uměle vytvářené materiály a struktury –umělá dielektrika, metamateriály a metapovrchy, hyperbolické metamateriály, záporný index lomu, homogenizace, činitelé jakosti, prostředí s extrémními parametry.9.Modely a metody pro řešení interakce elektromagnetického pole s(nano)fotonickými strukturami. 10.Kvantové (nano)fotonické struktury: platforma pro aplikace a testování kvantovéprovázanosti a kvantové fyziky.11.Efekty vkvantových (nano)fotonických strukturách: lokalizace světla, zesílení světla, povrchově zesílené efekty, Purcellův efekt,plazmonické lasery-spasery, nelinearity. 12.Příklady aplikací nanofotonických strukturvkvantových technologiích.13.Referáty studentů na předem zvolená a vypracovaná aktuální tématazdané vědní oblasti.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:[1] T. P. Pearsall, Quantum Photonics, Springer, 2017.[2] P. Harrison, Quantum Wells, Wires and Dots: Theoretical and Computational Physics, John Wiley & Sons, 1999.[3] J.D. Joannopoulos, S.G. Johnson, J.N. Winn, R.D. Meade, Photoniccrystals: Molding the flow of light, 2nd Edition, Princeton University Press, 2008.[4] S.A. Maier, Plasmonics: fundamentals and applications, Springer Science + Business Media LLC, 2007.Doporučená literatura:[5] L. Novotny, B. Hecht, Principles of nanooptics, Cambridge university press, 2006.[6] W. Cai, V. Shalaev, Optical Metamaterials Fundamentals and Applications, Springer-Verlag, 2010

Poznámka:

2023/24 nevypisovat!

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: